Нитрид алюминия: почему он дороже других субстратов, но его трудно найти?

С приходом революции в области информационных технологий индустрия интегральных схем начала быстро развиваться. Растущая плотность интеграции электронных систем приводит к более высокой плотности мощности и большему выделению тепла от электронных компонентов и системы в целом. Поэтому эффективная электронная упаковка должна решать проблемы рассеивания тепла электронных систем.

В этом контексте керамические подложки, обладающие превосходными характеристиками рассеивания тепла, стали объектом быстрого роста спроса на рынке. В частности, для керамические подложки из нитрида алюминия (AlN), несмотря на их значительно более высокую цену по сравнению с другими субстратами, они по-прежнему в дефиците, вплоть до того, что их «трудно найти». Почему?

Причины просты. Автор считает, что есть три основных момента:①Превосходная производительность, оправдывающая свою цену②Сложный производственный процесс③Быстрый рост рынка.

Сегодня мы более подробно рассмотрим эти три аспекта, чтобы лучше понять Керамические подложки AlN.

01 Исключительная теплопроводность

Первый, керамические упаковочные субстраты в первую очередь полагаются на высокую теплопроводность материала для отвода тепла от чипа (источника тепла) и облегчения теплообмена с внешней средой. Для силовых полупроводниковых приборов подложки для упаковки должны соответствовать следующим требованиям:

Высокая теплопроводность для удовлетворения потребностей в рассеивании тепла.

Отличная термостойкость, позволяющая выдерживать высокие температуры (выше 200 °C).°С).

Коэффициент теплового расширения (КТР) согласован с материалами микросхемы для снижения термического напряжения в корпусе.

Низкая диэлектрическая проницаемость для высокочастотных характеристик, снижения задержки передачи сигнала и повышения скорости.

Высокая механическая прочность, соответствующая требованиям к механическим характеристикам при упаковке и применении.

Хорошая коррозионная стойкость, выдерживает воздействие сильных кислот, щелочей, кипящей воды, органических растворителей и т. д.

Определить структуру, отвечающую требованиям герметичности электронных устройств.

Итак, как же ведет себя нитрид алюминия? керамический материал подложки, Керамические детали из AlN могут похвастаться высокой теплопроводностью, высокой прочностью, высоким сопротивлением, низкой плотностью, низкой диэлектрической постоянной, нетоксичностью и КТР, соответствующим Si. Эти свойства делают его одним из самых перспективных высокотемпературные керамические материалы.

02 Сложный и утомительный процесс производства

Производство керамических подложек AlN является весьма сложным и трудоемким процессом, что в первую очередь отражается в двух аспектах: приготовление высококачественного порошка AlN и изготовление подложек. Пусть’Давайте рассмотрим эти две области по отдельности.

1. Порошок нитрида алюминия

Качество почти всех промышленные керамические изделия сильно зависит от качества сырья, и керамические подложки AlN не являются исключением.

(1) Методы приготовления порошка

Как высокопроизводительный порошковый материал, исследователи во всем мире продолжают внедрять инновации для решения технических проблем в существующих процессах, одновременно исследуя новые, более эффективные методы подготовки. В настоящее время наиболее широко используемыми промышленными методами являются карботермическое восстановление и прямое азотирование, которые являются зрелыми, простыми и дают высококачественную продукцию.

(2) На характеристики пороха влияют многочисленные факторы

Эксплуатационные характеристики керамических изделий из AlN напрямую зависят от характеристик исходного порошка, в частности, от его наиболее ценного свойства—Теплопроводность. Основные факторы, влияющие на теплопроводность, включают:oСодержание кислорода и других примесей, сплотность спекания,ммикроструктура.Эти факторы отражены в порошке AlN.’чистота, размер частиц и форма.

(3) Чувствительность к гидролизу и необходимость модификации

Несмотря на свои превосходные свойства, порошок AlN имеет существенный недостаток: он очень склонен к гидролизу. Во влажной среде он легко реагирует с гидроксильными группами в воде, образуя гидроксид алюминия, создавая на поверхности слой оксида алюминия. Этот слой растворяет кислород в решетке, снижая теплопроводность и изменяя физико-химические свойства, что затрудняет его применение.

Текущее решение заключается в покрытии aчастицы нитрида алюминия с веществом, которое изолирует их от воды, предотвращая гидролиз. Методы ингибирования гидролиза включают:химическая модификация поверхности,sповерхностное физическое покрытие.

2. Изготовление подложки

(1) Формирование керамической подложки

Основным методом изготовления керамических подложек из AlN является литье ленты.

(2) Критический шаг—Спекание

Спекание является важнейшим этапом подготовки подложки AlN.Спекание без давления является наиболее распространенным методом для подложек из AlN из-за его простоты и низкой стоимости, но для достижения высоких характеристик обычно требуются высокие температуры и спекающие добавки.

Равномерность температуры спекания в печи существенно влияет на керамику AlN. Исследования в области равномерности температуры поддерживают массовое производство, снижение затрат и коммерциализацию.

Для плотного спекания керамики наиболее экономичным и эффективным методом является добавление спекающих добавок.Эти материалы выполняют две функции во время спекания:

Они реагируют с поверхностным Al₂O₃ для образования жидких алюминатов, способствующих переносу массы посредством вязкого течения. Это регулирует углы контакта частиц, заполняет поры и усиливает уплотнение.Они реагируют с кислородом, снижая содержание кислорода в решетке.

В восстановительных атмосферах время и температура спекания должны тщательно контролироваться, чтобы предотвратить восстановление AlN. Нейтральные атмосферы (например, N₂) позволяют избежать этой проблемы, что делает их предпочтительными для производства высокопроизводительной керамики AlN.

О Сямыне Технология Juci Ко., Лтд.

Xiamen Juci Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследовании, разработке, производстве и продаже высокопроизводительных керамических материалов. Как ведущее производитель подложек AlN, компания стремится предоставлять высококачественные продукты и решения из серии нитрида алюминия для таких отраслей, как электроника, полупроводники и аэрокосмическая промышленность. Благодаря исключительному качеству и обслуживанию Xiamen Juci заслужила широкое доверие клиентов по всему миру.

Контакт для СМИ:
Сямэнь Технология Juci Ко., Лтд.

Телефон: +86 592 7080230
Электронная почта: miki_huang@chinajuci.com
Веб-сайт: www.jucialnglobal.com